Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP6720165B2 - Image acquisition apparatus and image acquisition method - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP6720165B2 - Image acquisition apparatus and image acquisition method - Google Patents

Image acquisition apparatus and image acquisition method Download PDF

Info

Publication number
JP6720165B2
JP6720165B2 JP2017524774A JP2017524774A JP6720165B2 JP 6720165 B2 JP6720165 B2 JP 6720165B2 JP 2017524774 A JP2017524774 A JP 2017524774A JP 2017524774 A JP2017524774 A JP 2017524774A JP 6720165 B2 JP6720165 B2 JP 6720165B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
illumination light
modulated
illumination
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2017524774A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2016208322A1 (en
Inventor
兼太郎 井元
兼太郎 井元
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
Publication of JPWO2016208322A1 publication Critical patent/JPWO2016208322A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6720165B2 publication Critical patent/JP6720165B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/0004Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002Scanning microscopes
    • G02B21/0024Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/008Details of detection or image processing, including general computer control
    • G02B21/0084Details of detection or image processing, including general computer control time-scale detection, e.g. strobed, ultra-fast, heterodyne detection
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6456Spatial resolved fluorescence measurements; Imaging
    • G01N21/6458Fluorescence microscopy
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/0004Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002Scanning microscopes
    • G02B21/0024Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0032Optical details of illumination, e.g. light-sources, pinholes, beam splitters, slits, fibers
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/0004Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002Scanning microscopes
    • G02B21/0024Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0052Optical details of the image generation
    • G02B21/0076Optical details of the image generation arrangements using fluorescence or luminescence
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06Illumination; Optics
    • G01N2201/061Sources
    • G01N2201/06113Coherent sources; lasers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/10Scanning
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/0004Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002Scanning microscopes
    • G02B21/0024Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0036Scanning details, e.g. scanning stages
    • G02B21/0048Scanning details, e.g. scanning stages scanning mirrors, e.g. rotating or galvanomirrors, MEMS mirrors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

本発明は、画像取得装置および画像取得方法に関するものである。 The present invention relates to an image acquisition device and an image acquisition method.

DMDによって照射パターンの異なる複数の照明光を生成して標本上の複数の異なる位置に照射し、検出器によって検出された複数位置からの蛍光が混合された蛍光から、DMDによって照明光に付与された照射パターンに基づいて、各照射位置から発せられた蛍光を復元する顕微鏡が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 The DMD generates a plurality of illumination lights having different irradiation patterns, irradiates a plurality of different positions on the sample, and the fluorescence from the plurality of positions detected by the detector is mixed to give the illumination light by the DMD. There is known a microscope that restores the fluorescence emitted from each irradiation position based on the irradiation pattern (see, for example, Patent Document 1).

WO2011/023593号パンフレットWO2011/023593 pamphlet

特許文献1の技術は、DMDによって生成された照明光を標本の特定位置に照射するためのものであり、仮にこの技術を画像取得に応用する場合には、DMDの応答速度が光走査よりも遅いという問題から十分なフレームレートを確保することができないという不都合がある。
また、DMDの変わりにEOMのような高速変調可能なデバイスを使用すれば上記課題を解決することができるが、多重数分の変調デバイスが必要となるためシステムが非常に高価になるという不都合がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、多重数分のデバイスを必要とすることなくフレームレートを向上することができる画像取得装置および画像取得方法を提供することを目的としている。
The technique of Patent Document 1 is for irradiating the specific position of the sample with the illumination light generated by the DMD. If this technique is applied to image acquisition, the response speed of the DMD is higher than that of optical scanning. There is an inconvenience that a sufficient frame rate cannot be secured due to the problem of being slow.
Further, the above problem can be solved by using a device capable of high-speed modulation such as EOM instead of DMD, but there is a disadvantage that the system becomes very expensive because modulation devices for multiple numbers are required. is there.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an image acquisition apparatus and an image acquisition method capable of improving a frame rate without requiring devices for the number of multiplexes. There is.

本発明の一態様は、複数の領域を同時に照明しながら、各々の照明領域に対応する局所信号を分離して取得する画像取得装置であって、光源から射出された光の強度を変調し相互に一次独立なパターンを有し、変調された変調照明光と変調されていない非変調照明光とを含む複数の照明光を生成する照明光生成部と、該照明光生成部により生成された複数の前記照明光を試料の異なる位置に照射する照明光学系と、該照明光学系により前記照明光が照射された複数の照射位置において発生した信号光が合成された合成信号光を検出して合成信号を出力する光検出部と、該光検出部により出力された前記合成信号から、前記変調照明光に対応した復調信号と前記合成信号との積の時間積分を用いて前記変調照明光に対応する変調局所信号を分離し、前記合成信号の時間積分から前記変調局所信号の総和を差分して前記非変調照明光に対応する非変調局所信号を分離する復調部とを備える画像取得装置である。 One aspect of the present invention is an image acquisition apparatus that separately acquires local signals corresponding to respective illumination areas while simultaneously illuminating a plurality of areas, and modulates the intensity of light emitted from a light source to mutually acquire the signals. An illumination light generation unit that generates a plurality of illumination lights including a modulated illumination light that is modulated and a non-modulated illumination light that is not modulated, and a plurality of illumination light generated by the illumination light generation unit. Illuminating optical system for irradiating different positions of a sample with the illuminating light, and detecting and synthesizing synthetic signal light obtained by synthesizing signal light generated at a plurality of irradiation positions irradiated with the illuminating light by the illuminating optical system. It corresponds to the modulated illumination light by using the time integration of the product of the demodulated signal corresponding to the modulated illumination light and the synthesized signal from the photodetector that outputs a signal and the synthesized signal output by the photodetector. And a demodulation unit that separates the modulated local signal, separates the sum of the modulated local signals from the time integration of the combined signal, and separates the unmodulated local signal corresponding to the unmodulated illumination light. ..

本態様によれば、照明光生成部により、光源から射出された光の強度を変調し相互に一次独立なパターンを有し、変調された変調照明光と変調されていない非変調照明光とを含む複数の照明光が生成され、生成された複数の照明光が、照明光学系によって試料の異なる位置に照射される。各照明光の照射位置においては、信号光が同時にそれぞれ発生するので、光検出器において複数の照射位置において発生した複数の信号光の合成信号光が検出されて合成信号を出力する。そして、出力された合成信号が復調部に入力されることにより、合成信号から、変調照明光に対応した復調信号と合成信号との積の時間積分を用いて変調照明光に対応する変調局所信号を分離し、合成信号の時間積分から変調局所信号の総和を差分して非変調照明光に対応する非変調局所信号を分離して各照射位置において発生した信号光が復調される。 According to this aspect, the illumination light generation unit modulates the intensity of the light emitted from the light source to have a pattern that is linearly independent of each other, and modulates the modulated illumination light and the unmodulated illumination light that is not modulated. A plurality of illumination lights including the generated illumination lights are generated, and the generated illumination lights are applied to different positions of the sample by the illumination optical system. Since the signal lights are simultaneously generated at the irradiation positions of the respective illumination lights, the combined signal lights of the plurality of signal lights generated at the plurality of irradiation positions are detected by the photodetector and the combined signals are output. Then, the output combined signal is input to the demodulation unit so that the modulated local signal corresponding to the modulated illumination light is obtained from the combined signal by using the time integration of the product of the demodulated signal corresponding to the modulated illumination light and the combined signal. And the sum of the modulated local signals is subtracted from the time integration of the combined signal to separate the non-modulated local signal corresponding to the non-modulated illumination light, and the signal light generated at each irradiation position is demodulated.

この場合において、信号光復調部は、各照明光のパターンに同期する復調信号を用いて復調処理を行うので、照明光の相互の一次独立性を利用して合成信号光から各信号光を精度よく抽出することができる。したがって、複数の照射位置から同時に発せられた信号光を精度よく分離して検出することができ、多重数分のデバイスを必要とすることなくフレームレートを向上することができる。 In this case, since the signal light demodulation unit performs the demodulation processing by using the demodulation signal synchronized with the pattern of each illumination light, the accuracy of each signal light from the combined signal light is obtained by utilizing the primary independence of the illumination lights. Can be well extracted. Therefore, the signal lights emitted simultaneously from a plurality of irradiation positions can be accurately separated and detected, and the frame rate can be improved without requiring devices for the multiplex number.

上記態様においては、前記変調照明光に対応しない前記復調信号と前記変調照明光に対応しない前記変調局所信号および前記非変調局所信号との積の時間積分がゼロであってもよい。
また、上記態様においては、前記非変調照明光に対応する前記復調信号と前記合成信号との積の時間積分が前記合成信号の時間積分であってもよい。
In the above aspect, the time integration of the product of the demodulated signal not corresponding to the modulated illumination light and the modulated local signal not corresponding to the modulated illumination light and the non-modulated local signal may be zero.
In the above aspect, the time integration of the product of the demodulated signal corresponding to the non-modulated illumination light and the composite signal may be the time integration of the composite signal.

また、上記態様においては、前記照明光生成部が生成した複数の前記照明光の少なくとも一つの光路に光の強度を変調する変調器を備えていてもよい。 Further, in the above aspect, a modulator that modulates the intensity of light may be provided in at least one optical path of the plurality of illumination lights generated by the illumination light generation unit.

また、上記態様においては、前記変調器を2以上備え、各該変調器が、相互に直交する前記復調信号を有する前記変調照明光をそれぞれ生成してもよい。
このようにすることで、複数の変調器によって、相互に直交する復調信号を有する2以上の照明光を生成することができ、直交性を有する復調信号を用いることによって得られる信号量が増加し、フレームレートをさらに向上することができる。
Further, in the above aspect, two or more of the modulators may be provided, and each of the modulators may generate the modulated illumination light having the demodulated signals that are orthogonal to each other.
By doing so, two or more illumination lights having demodulation signals that are orthogonal to each other can be generated by the plurality of modulators, and the amount of signals obtained by using the demodulation signals that have orthogonality increases. The frame rate can be further improved.

また、上記態様においては、複数の前記照射位置を前記試料中の任意位置に配置する機能を有していてもよい。 Further, in the above aspect, it may have a function of arranging a plurality of the irradiation positions at arbitrary positions in the sample.

また、本発明の他の態様は、光源から射出された光の強度を変調し相互に一次独立なパターンを有し、変調された変調照明光と変調されていない非変調照明光とを含む複数の照明光を生成する照明光生成ステップと、該照明光生成ステップにより生成された複数の前記照明光を試料の異なる位置に照射する照射ステップと、該照射ステップにより前記照明光が照射された複数の照射位置において発生した信号光が合成された合成信号光を検出して合成信号を出力する光検出ステップと、該光検出ステップにより出力された前記合成信号から、前記変調照明光に対応した復調信号と前記合成信号との積の時間積分を用いて前記変調照明光に対応する変調局所信号を分離し、前記合成信号の時間積分から前記変調局所信号の総和を差分して前記非変調照明光に対応する非変調局所信号を分離する信号光復調ステップとを含む画像取得方法である。 Further, another aspect of the present invention is that a plurality of modulated illumination lights that are modulated independently of each other in intensity of light emitted from a light source and that have modulated and unmodulated illumination lights are provided. Illumination light generation step of generating the illumination light of, the irradiation step of irradiating different positions of the sample with the plurality of illumination lights generated by the illumination light generation step, and a plurality of the illumination light irradiated by the irradiation step. Of the signal light generated at the irradiation position of the light detecting step of detecting the combined signal light and outputting the combined signal, and the demodulation corresponding to the modulated illumination light from the combined signal output by the light detecting step. The modulated local signal corresponding to the modulated illumination light is separated by using the time integration of the product of the signal and the combined signal, and the non-modulated illumination light is obtained by subtracting the sum of the modulated local signals from the time integration of the combined signal. And a signal light demodulation step of separating an unmodulated local signal corresponding to the above.

本発明によれば、多重数分のデバイスを必要とすることなくフレームレートを向上することができるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that the frame rate can be improved without requiring devices for the number of multiplexing.

本発明の一実施形態に係る画像取得装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the image acquisition apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 図1の画像取得装置における電気光学変調器による変調を受けたパターンの変調信号の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the modulation signal of the pattern which received the modulation|alteration by the electro-optic modulator in the image acquisition apparatus of FIG. 図1の画像取得装置における電気光学変調器による変調を受けていないパターンの変調信号の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the modulation signal of the pattern which is not modulated by the electro-optic modulator in the image acquisition device of FIG. 図1の画像取得装置における電気光学変調器による変調を受けたパターンの復調信号の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the demodulation signal of the pattern which received the modulation|alteration by the electro-optic modulator in the image acquisition apparatus of FIG. 図1の画像取得装置における電気光学変調器による変調を受けていないパターンの復調信号の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the demodulation signal of the pattern which is not modulated by the electro-optic modulator in the image acquisition device of FIG. 本発明の一実施形態に係る画像取得方法を説明するフローチャートである。6 is a flowchart illustrating an image acquisition method according to an exemplary embodiment of the present invention. 図1の画像取得装置の変形例であって、共焦点顕微鏡に適用した例を示す模式図である。It is a modification of the image acquisition device of FIG. 1, and is a schematic diagram which shows the example applied to the confocal microscope. 図1の画像取得装置の変形例であって、複数の照明光を合波する他の方法を示す図である。It is a modification of the image acquisition device of FIG. 1, and is a figure which shows the other method of combining several illumination light. 図1の画像取得装置の変形例であって、図5Aにおける破線部Sの位置に一対のミラーを配置した方法を示す図である。It is a modification of the image acquisition apparatus of FIG. 1, and is a figure which shows the method of arrange|positioning a pair of mirror in the position of the broken line part S in FIG. 5A. 図1の画像取得装置の変形例であって、複数の照明光を合波する他の方法を示す図である。It is a modification of the image acquisition device of FIG. 1, and is a figure which shows the other method of combining several illumination light. 図1の画像取得装置の変形例であって、複数の照明光の間隔を調節する方法を示す図である。It is a modification of the image acquisition device of FIG. 1, and is a figure which shows the method of adjusting the space|interval of several illumination light. 図1の画像取得装置の変形例であって、3つの照明光を多重化する場合を示す図である。It is a modification of the image acquisition apparatus of FIG. 1, and is a figure which shows the case where three illumination lights are multiplexed. 図8の画像取得装置における第1の変調パターンの変調信号の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the modulation signal of the 1st modulation pattern in the image acquisition apparatus of FIG. 図8の画像取得装置における第2の変調パターンの変調信号の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the modulation signal of the 2nd modulation pattern in the image acquisition apparatus of FIG. 図8の画像取得装置における変調を受けていないパターンの変調信号の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the modulated signal of the pattern which is not modulated in the image acquisition apparatus of FIG. 図8の画像取得装置における第1の変調パターンの復調信号の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the demodulation signal of the 1st modulation pattern in the image acquisition apparatus of FIG. 図8の画像取得装置における第2の変調パターンの復調信号の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the demodulation signal of the 2nd modulation pattern in the image acquisition apparatus of FIG. 図8の画像取得装置における変調を受けていないパターンの復調信号の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the demodulation signal of the pattern which is not modulated in the image acquisition apparatus of FIG. 図1の画像取得装置の変形例であって、音響光学偏向素子を用いて変調する場合を示す図である。It is a figure which is a modification of the image acquisition device of FIG. 1 and shows the case where it modulates using an acousto-optic deflection element. 図1の画像取得装置の変形例であって、2つの音響光学偏向素子を用いて4つの照明光を多重化する場合を示す図である。It is a modification of the image acquisition device of FIG. 1, and is a figure which shows the case where four acousto-optic deflection elements are used and four illumination lights are multiplexed. 図1の画像取得装置の変形例であって、電気光学変調器による変調の際に弾かれる光を有効利用して4つの照明光を多重化する場合を示す図である。It is a modification of the image acquisition device of FIG. 1, and is a figure which shows the case where four illumination lights are multiplexed by making effective use of the light repelled at the time of the modulation by an electro-optic modulator. 図12の画像取得装置において使用される光のパターンであって、光源からの光の変調信号のパターンを示す図である。It is a figure which is a pattern of the light used in the image acquisition apparatus of FIG. 12, Comprising: The pattern of the modulation signal of the light from a light source. 図12の画像取得装置において使用される光のパターンであって、電気光学変調器から出力された直後の第1の照明光の変調信号のパターンを示す図である。It is a figure which is a pattern of the light used in the image acquisition apparatus of FIG. 12, Comprising: The pattern of the modulation signal of the 1st illumination light immediately after being output from the electro-optic modulator. 図12の画像取得装置において使用される光のパターンであって、電気光学変調器から出力された直後の第2の照明光の変調信号のパターンを示す図である。It is a figure which is a pattern of the light used in the image acquisition apparatus of FIG. 12, Comprising: The pattern of the modulation signal of the 2nd illumination light immediately after being output from the electro-optic modulator. 図12の画像取得装置において使用される光のパターンであって、ビームスプリッタにより分岐された直後の第3の照明光の変調信号のパターンを示す図である。It is a figure which is a pattern of the light used in the image acquisition device of FIG. 12, Comprising: The pattern of the modulation signal of the 3rd illumination light immediately after being branched by the beam splitter. 図12の画像取得装置において使用される光のパターンであって、ビームスプリッタにより分岐された直後の第4の照明光の変調信号のパターンを示す図である。It is a figure which is a pattern of the light used in the image acquisition device of FIG. 12, Comprising: The pattern of the modulation signal of the 4th illumination light immediately after being branched by the beam splitter. 図12の画像取得装置において使用される光のパターンであって、光源からの光の復調信号FIG. 13 is a light pattern used in the image acquisition device of FIG. 図12の画像取得装置において使用される光のパターンであって、電気光学変調器から出力された直後の第1の照明光の復調信号のパターンを示す図である。It is a figure which is a pattern of the light used in the image acquisition apparatus of FIG. 12, Comprising: The pattern of the demodulation signal of the 1st illumination light immediately after being output from the electro-optic modulator. 図12の画像取得装置において使用される光のパターンであって、電気光学変調器から出力された直後の第2の照明光の復調信号のパターンを示す図である。It is a figure which is a pattern of the light used in the image acquisition apparatus of FIG. 12, Comprising: The pattern of the demodulation signal of the 2nd illumination light immediately after being output from the electro-optic modulator. 図12の画像取得装置において使用される光のパターンであって、ビームスプリッタにより分岐された直後の第3の照明光の復調信号のパターンを示す図である。It is a figure which is a pattern of the light used in the image acquisition device of FIG. 12, Comprising: The pattern of the demodulation signal of the 3rd illumination light immediately after being branched by the beam splitter. 図12の画像取得装置において使用される光のパターンであって、ビームスプリッタにより分岐された直後の第4の照明光の復調信号のパターンを示す図である。It is a figure which is a pattern of the light used in the image acquisition device of FIG. 12, Comprising: The pattern of the demodulation signal of the 4th illumination light immediately after being branched by the beam splitter. 図12の画像取得装置においてビームスプリッタにより合波された直後の第1の照明光の変調信号のパターンを示す図である。It is a figure which shows the pattern of the modulation signal of the 1st illumination light immediately after being multiplexed by the beam splitter in the image acquisition apparatus of FIG. 図12の画像取得装置においてビームスプリッタにより合波された直後の第2の照明光の変調信号のパターンを示す図である。It is a figure which shows the pattern of the modulation signal of the 2nd illumination light immediately after being multiplexed by the beam splitter in the image acquisition apparatus of FIG. 図12の画像取得装置においてビームスプリッタにより合波された直後の第3の照明光の変調信号のパターンを示す図である。It is a figure which shows the pattern of the modulation signal of the 3rd illumination light immediately after being multiplexed by the beam splitter in the image acquisition apparatus of FIG. 図12の画像取得装置においてビームスプリッタにより合波された直後の第4の照明光の変調信号のパターンを示す図である。It is a figure which shows the pattern of the modulation signal of the 4th illumination light immediately after being multiplexed by the beam splitter in the image acquisition apparatus of FIG. 図12の画像取得装置においてビームスプリッタにより合波された直後の第1の照明光の復調信号のパターンを示す図である。It is a figure which shows the pattern of the demodulation signal of the 1st illumination light immediately after being multiplexed by the beam splitter in the image acquisition apparatus of FIG. 図12の画像取得装置においてビームスプリッタにより合波された直後の第2の照明光の復調信号のパターンを示す図である。It is a figure which shows the pattern of the demodulation signal of the 2nd illumination light immediately after being multiplexed by the beam splitter in the image acquisition apparatus of FIG. 図12の画像取得装置においてビームスプリッタにより合波された直後の第3の照明光の復調信号のパターンを示す図である。It is a figure which shows the pattern of the demodulation signal of the 3rd illumination light immediately after being multiplexed by the beam splitter in the image acquisition apparatus of FIG. 図12の画像取得装置においてビームスプリッタにより合波された直後の第4の照明光の復調信号のパターンを示す図である。It is a figure which shows the pattern of the demodulation signal of the 4th illumination light immediately after being multiplexed by the beam splitter in the image acquisition apparatus of FIG. 図1の画像取得装置の変形例であって、ビームスプリッタによる合波の際に弾かれる光を有効利用して4つの照明光を多重化する場合を示す図である。It is a modification of the image acquisition device of FIG. 1, and is a figure which shows the case where four illumination lights are multiplexed by making effective use of the light repelled at the time of multiplexing by a beam splitter. 図1の画像取得装置の変形例であって、シート照明を利用した場合を示す模式図である。It is a modification of the image acquisition device of FIG. 1, and is a schematic diagram which shows the case where a sheet illumination is utilized.

以下、本発明の一実施形態に係る画像取得装置1および画像取得方法について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る画像取得装置1は、多光子励起型の走査型蛍光顕微鏡であって、図1に示されるように、一定のピーク強度を有する極短パルスレーザ光を所定時間間隔で射出する光源2と、該光源2からの光から相互に一次独立なパターンを有し、変調された変調照明光と変調されていない非変調照明光とを含む2つの照明光L1,L2を生成する照明光生成部3と、生成された複数の照明光L1,L2を試料Aの異なる位置に照射する照明光学系4と、照明光L1,L2の複数の照射位置において発生した蛍光(信号光)の合成蛍光(合成信号光)を検出して合成信号を出力する光検出部5と、出力された合成信号から、各照射位置において発生した蛍光を復調する復調部(信号光復調部)6とを備えている。
An image acquisition device 1 and an image acquisition method according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The image acquisition device 1 according to the present embodiment is a multiphoton excitation type scanning fluorescence microscope, and as shown in FIG. 1, emits ultrashort pulsed laser light having a constant peak intensity at predetermined time intervals. Illumination that generates two illumination lights L1 and L2 that have a light source 2 and a pattern that is linearly independent of each other from the light from the light source 2 and that includes a modulated illumination light and a non-modulated illumination light that is not modulated. The light generation unit 3, the illumination optical system 4 for irradiating the plurality of generated illumination lights L1, L2 to different positions of the sample A, and the fluorescence (signal light) generated at the plurality of irradiation positions of the illumination lights L1, L2. A photodetection unit 5 that detects the synthetic fluorescence (synthetic signal light) and outputs the synthetic signal, and a demodulation unit (signal light demodulation unit) 6 that demodulates the fluorescence generated at each irradiation position from the output synthetic signal. I have it.

照明光生成部3は、光源2からの光を2つの光路に分岐する第1ビームスプリッタ(光分岐部)7と、分岐された一方の光路に設けられ、通過する光の強度の時間変化のパターンを変調する電気光学変調器(変調器)8と、結像レンズ9a,9bと、ミラー10a,10bと、2つの光路の光を合波する第2ビームスプリッタ(合波部)11とを備えている。ミラー10aは、一方の光路に設けられた結像レンズ9aによる一次結像位置を他方の光路に設けられた結像レンズ9bによる一次結像位置に対して光軸に直交する方向にシフトする位置に配置されている。 The illumination light generation unit 3 is provided in a first beam splitter (light splitting unit) 7 that splits the light from the light source 2 into two optical paths and one of the split optical paths, and changes the intensity of passing light with time. An electro-optic modulator (modulator) 8 that modulates a pattern, imaging lenses 9a and 9b, mirrors 10a and 10b, and a second beam splitter (combining unit) 11 that multiplexes the lights of the two optical paths. I have it. The mirror 10a is a position where the primary imaging position by the imaging lens 9a provided on one optical path is shifted in the direction orthogonal to the optical axis with respect to the primary imaging position by the imaging lens 9b provided on the other optical path. It is located in.

電気光学変調器8には、信号制御部12が接続されている。信号制御部12は、電気光学変調器8に対して、例えば、図2Aに示されるような変調信号を送ることにより、光源からのパルス光を1つ置きに遮断して、50%デューティとなるように変調させるようになっている。例えば、光源2から射出される光が80MHzの繰り返し周波数である場合に、電気光学変調器8は、光源2からの光の強度を変調して40MHzの照明光L1を生成するようになっている。これにより、電気光学変調器8から出力される照明光L1は、40MHzで強度が変化する変調パターンを有している。 A signal controller 12 is connected to the electro-optical modulator 8. The signal control unit 12 sends a modulated signal as shown in FIG. 2A to the electro-optical modulator 8 to block every other pulsed light from the light source, so that the duty becomes 50%. It is designed to be modulated like. For example, when the light emitted from the light source 2 has a repetition frequency of 80 MHz, the electro-optical modulator 8 modulates the intensity of the light from the light source 2 to generate the illumination light L1 of 40 MHz. .. As a result, the illumination light L1 output from the electro-optic modulator 8 has a modulation pattern whose intensity changes at 40 MHz.

また、他方の光路には電気光学変調器8は設けられておらず、光源2から発せられた光がそのままのパターン、すなわち、一定のピーク強度を有するパルス列からなる変調を受けていないパターンの照明光L2が生成されるようになっている。
これにより、2つの光路を通過した変調パターンの照明光L1と変調を受けていないパターンの照明光L2とは、相互に一次独立なパターンで時間変化する強度を有するようになる。
In addition, the electro-optical modulator 8 is not provided in the other optical path, and the light emitted from the light source 2 is illuminated as it is, that is, in a pattern that is not modulated by a pulse train having a constant peak intensity. The light L2 is generated.
As a result, the illumination light L1 of the modulated pattern that has passed through the two optical paths and the illumination light L2 of the pattern that has not been modulated have primary-independent patterns having temporally varying intensities.

照明光学系4は、第2ビームスプリッタ11により合波された2つの照明光L1,L2をスキャナ14に投影する瞳投影レンズ13と、2つの照明光L1,L2を同時に同一方向(XY方向)に2次元的に走査するスキャナ14と、該スキャナ14により走査された照明光L1,L2をリレーするリレーレンズ15a,15bと、該リレーレンズ15a,15bによりリレーされた照明光L1,L2を試料Aの複数の照射位置に照射する一方、試料Aの各照射位置において発生した蛍光を集光する対物レンズ16とを備えている。スキャナ14は、例えば、ガルバノミラーである。 The illumination optical system 4 simultaneously projects the pupil projection lens 13 that projects the two illumination lights L1 and L2 combined by the second beam splitter 11 onto the scanner 14 and the two illumination lights L1 and L2 in the same direction (XY directions). A two-dimensional scanning scanner 14, relay lenses 15a and 15b that relay the illumination lights L1 and L2 scanned by the scanner 14, and illumination lights L1 and L2 relayed by the relay lenses 15a and 15b to the sample. While irradiating a plurality of irradiation positions of A, the objective lens 16 that collects the fluorescence generated at each irradiation position of the sample A is provided. The scanner 14 is, for example, a galvanometer mirror.

スキャナ14と対物レンズ16の瞳位置とは、光学的に共役な位置に配置されている。また、結像レンズ9a,9bと瞳投影レンズ13との間のレンズ間距離は2つの光路で等しくなるように設定されている。
照明光学系4のリレーレンズ15a,15bと対物レンズ16との間には、照明光L1,L2を透過し、蛍光を反射する特性を有するダイクロイックミラー17が配置されている。光検出部5は、例えば、光電子増倍管等の光検出器5aと、該光検出器5aにより検出された蛍光の強度信号を増幅する増幅器5bとを備えている。
The scanner 14 and the pupil position of the objective lens 16 are arranged at optically conjugate positions. The inter-lens distance between the imaging lenses 9a and 9b and the pupil projection lens 13 is set to be equal in the two optical paths.
A dichroic mirror 17 having a characteristic of transmitting the illumination lights L1 and L2 and reflecting fluorescence is disposed between the relay lenses 15a and 15b of the illumination optical system 4 and the objective lens 16. The photodetection section 5 includes, for example, a photodetector 5a such as a photomultiplier tube and an amplifier 5b that amplifies the fluorescence intensity signal detected by the photodetector 5a.

復調部6は、信号制御部12から変調信号に同期した復調信号を受けて、光検出器5aにより検出された合成蛍光から各照射位置において発生した蛍光を復調するようになっている。具体的には、変調照明光に対応した復調信号と合成信号との積の時間積分を用いて変調照明光に対応する変調局所信号を分離し、合成信号の時間積分から変調局所信号の総和を差分して非変調照明光に対応する非変調局所信号を分離するようになっている。この場合、変調照明光に対応しない復調信号と変調照明光に対応しない変調局所信号および非変調局所信号との積の時間積分はゼロとなり、非変調照明光に対応する復調符号と合成信号との積の時間積分が合成信号の時間積分となる。 The demodulation unit 6 receives the demodulation signal synchronized with the modulation signal from the signal control unit 12, and demodulates the fluorescence generated at each irradiation position from the synthetic fluorescence detected by the photodetector 5a. Specifically, the modulated local signal corresponding to the modulated illumination light is separated by using the time integration of the product of the demodulated signal corresponding to the modulated illumination light and the combined signal, and the sum of the modulated local signals is calculated from the time integration of the combined signal. The differential is used to separate the non-modulated local signal corresponding to the non-modulated illumination light. In this case, the time integration of the product of the demodulated signal that does not correspond to the modulated illumination light and the modulated local signal and the unmodulated local signal that does not correspond to the modulated illumination light becomes zero, and the demodulation code and the combined signal corresponding to the unmodulated illumination light The time integration of the product becomes the time integration of the composite signal.

この例では、復調用信号が変調のON/OFFに同期しており、ON時を1、OFF時を−1とする。上記例においては、光源2からの光の強度を変調して変調パターンの照明光L1を生成するための図2Aに示す変調信号に同期する図2Cに示す復調信号はcode1=(―1,1,―1,1)と表現できる。一方、図2Bに示されるように変調を行わない場合の復調信号は、図2Dに示されるように、code2=(1,1,1,1)と表現できる。各code長は一画素の露光時間に対応している。この例では、codeと光変調が各パルスに対応しているが、任意長さのパルス列ごとに変調を行ってもよい。 In this example, the demodulation signal is synchronized with the ON/OFF of the modulation, and the ON time is 1 and the OFF time is -1. In the above example, the demodulation signal shown in FIG. 2C, which is synchronized with the modulation signal shown in FIG. 2A for modulating the intensity of the light from the light source 2 to generate the illumination light L1 having the modulation pattern, is code1=(−1,1 ,-1,1). On the other hand, the demodulated signal when modulation is not performed as shown in FIG. 2B can be expressed as code2=(1,1,1,1) as shown in FIG. 2D. Each code length corresponds to the exposure time of one pixel. In this example, the code and the optical modulation correspond to each pulse, but the modulation may be performed for each pulse train of arbitrary length.

復調部6においては、変調パターンの蛍光の強度を、光検出器5aにより検出された合成蛍光の強度に、変調タイミングに同期した復調信号code1を乗算して露光時間にわたって積分することにより変調照明光に対応する変調局所信号を分離して復調するようになっている。他方、変調を受けていないパターンの蛍光の強度は、光検出器5aにより検出された合成蛍光の強度を露光時間にわたって積分した合成蛍光の積分値から、復調された変調パターンの蛍光の強度(変調局所信号の総和)を減算することにより非変調照明光に対応する非変調局所信号を分離して復調するようになっている。復調信号code2を乗算することは何も乗算しないことに等しいので、検出された合成蛍光の積分値から変調パターンの蛍光の強度を減算するだけで済む。 In the demodulation unit 6, the intensity of the fluorescence of the modulation pattern is multiplied by the intensity of the synthetic fluorescence detected by the photodetector 5a by the demodulation signal code1 synchronized with the modulation timing, and integrated over the exposure time. The modulated local signal corresponding to is separated and demodulated. On the other hand, the intensity of the fluorescence of the pattern which is not modulated is the intensity of the fluorescence of the demodulated modulation pattern (modulation) from the integrated value of the synthetic fluorescence obtained by integrating the intensity of the synthetic fluorescence detected by the photodetector 5a over the exposure time. By subtracting the sum of local signals), the non-modulated local signal corresponding to the non-modulated illumination light is separated and demodulated. Since multiplying the demodulated signal code2 is equivalent to not multiplying anything, it is only necessary to subtract the intensity of the fluorescence of the modulation pattern from the integrated value of the detected synthetic fluorescence.

具体的な一例として、照明光L1のパルス一つに対応する蛍光信号強度をα、照明光L2のパルス一つに対応する蛍光信号をβとする。
また、露光時間をパルス4つ分とすると、照明光L1に対応する露光時間中の蛍光信号の時系列データD1は(0,α,0,α)となる。一方、照明光L2に対応する露光時間中の蛍光信号の時系列データD2は(β,β,β,β)となる。そのため合成蛍光信号の時系列データDはD=D1+D2=(β,α+β,β,α+β)となる。
As a specific example, the fluorescence signal intensity corresponding to one pulse of the illumination light L1 is α, and the fluorescence signal corresponding to one pulse of the illumination light L2 is β.
Further, when the exposure time is four pulses, the time series data D1 of the fluorescence signal during the exposure time corresponding to the illumination light L1 becomes (0, α, 0, α). On the other hand, the time series data D2 of the fluorescence signal during the exposure time corresponding to the illumination light L2 becomes (β, β, β, β). Therefore, the time series data D of the synthetic fluorescence signal is D=D1+D2=(β, α+β, β, α+β).

合成蛍光信号の時系列データDとcode1との内積(乗算して積分するのと同一)を取ると、D1の積分値に相当する2αを算出することができる。さらに合成蛍光信号の時系列データDとcode2との内積が合成蛍光信号の積分値2α+4βとなり、これに対して先に求めた照明光L1に対応する蛍光信号強度2αを減算することにより、照明光L2に対応する蛍光信号4βを得ることができる。 By taking the inner product (the same as multiplication and integration) of the time series data D of the synthetic fluorescence signal and code1, 2α corresponding to the integrated value of D1 can be calculated. Further, the inner product of the time-series data D of the combined fluorescence signal and code2 becomes the integrated value 2α+4β of the combined fluorescence signal, and the fluorescence signal intensity 2α corresponding to the previously obtained illumination light L1 is subtracted from this to obtain the illumination light. The fluorescence signal 4β corresponding to L2 can be obtained.

このように構成された本実施形態に係る画像取得装置1を用いた画像取得方法について、以下に説明する。
本実施形態に係る画像取得方法は、図3に示されるように、光源2から射出された極短パルスレーザ光から、相互に一次独立なパターンを有する複数の照明光L1,L2を生成する照明光生成ステップS1と、生成された複数の照明光L1,L2を試料Aの異なる位置に照射する照射ステップS2と、照明光L1,L2が照射された複数の照射位置において発生した蛍光が合成された合成蛍光を検出する光検出ステップS3と、検出された合成蛍光から、各照明光L1,L2のパターンに同期する復調信号を用いて、各照射位置において発生した蛍光を復調する蛍光復調ステップ(信号光復調ステップ)S4とを含んでいる。
An image acquisition method using the image acquisition device 1 according to the present embodiment configured as described above will be described below.
As shown in FIG. 3, the image acquisition method according to the present embodiment is an illumination for generating a plurality of illumination lights L1 and L2 having mutually independent primary patterns from the ultrashort pulsed laser light emitted from the light source 2. The light generation step S1, the irradiation step S2 of irradiating the generated plurality of illumination lights L1 and L2 to different positions of the sample A, and the fluorescence generated at the plurality of irradiation positions of the illumination lights L1 and L2 are combined. The light detection step S3 for detecting the combined fluorescence, and the fluorescence demodulation step for demodulating the fluorescence generated at each irradiation position from the detected combined fluorescence using a demodulation signal synchronized with the pattern of the illumination lights L1 and L2. Signal light demodulation step) S4.

このように構成された本実施形態に係る画像取得装置1および画像取得方法によれば、2つに分岐した光路の一方に電気光学変調器8を設ければ済むので、単一の電気光学変調器8だけで2つの照明光L1,L2を多重化させることができ、装置を簡易かつ安価に構成することができるという利点がある。
そして、多重化された2つの照明光L1,L2を試料Aに同時に照射するので、スキャナ14によって2つの照明光L1,L2のスポットを試料Aにおいて走査することによりサンプルにおける二つの異なる領域を同時にイメージングすることができるため、多重数分のデバイスを必要とすることなく観察範囲の画像を取得するフレームレートを2倍に向上することができるという利点がある。
According to the image acquisition device 1 and the image acquisition method according to the present embodiment configured as described above, since the electro-optic modulator 8 only needs to be provided in one of the two optical paths branched, a single electro-optic modulation is performed. There is an advantage that the two illumination lights L1 and L2 can be multiplexed only by the device 8, and the device can be configured easily and inexpensively.
Then, since the sample A is simultaneously irradiated with the two multiplexed illumination lights L1 and L2, two different areas in the sample are simultaneously scanned by scanning the spots of the two illumination lights L1 and L2 on the sample A by the scanner 14. Since imaging can be performed, there is an advantage that the frame rate for acquiring an image in the observation range can be doubled without requiring multiple devices for multiplexing.

また、一方の光路を通過する照明光L2に変調を掛けずに済むので、2つの電気光学変調器によって2つの照明光L1,L2を生成する場合と比較して、取得信号量を最大で1.5倍向上することができるという利点がある。 Further, since it is not necessary to modulate the illumination light L2 passing through one of the optical paths, the maximum acquisition signal amount is 1 as compared with the case where the two illumination lights L1 and L2 are generated by the two electro-optic modulators. There is an advantage that it can be improved by 5 times.

なお、本実施形態においては、画像取得装置1として、多光子励起型の蛍光顕微鏡を例示したので、照明光L1,L2から蛍光を分岐するダイクロイックミラー17を対物レンズ16とリレーレンズ15bとの間に配置したが、これに代えて、図4に示されるように、共焦点顕微鏡に適用し、スキャナ14よりも光源2側にダイクロイックミラー17を配置し、かつ、対物レンズ16による各照明光L1,L2の焦点位置と光学的に共役な位置にピンホール部材18を配置することにしてもよい。 In the present embodiment, a multiphoton excitation type fluorescence microscope is illustrated as the image acquisition device 1, and therefore, the dichroic mirror 17 that branches the fluorescence from the illumination lights L1 and L2 is provided between the objective lens 16 and the relay lens 15b. However, instead of this, as shown in FIG. 4, it is applied to a confocal microscope, the dichroic mirror 17 is arranged closer to the light source 2 than the scanner 14, and each illumination light L1 from the objective lens 16 is arranged. , L2 may be arranged at a position optically conjugate with the focal position of L2.

ピンホール部材18における透孔18aの数および間隔は照明光L1,L2の数および焦点位置間の距離に応じて設定されている。
また、この場合、光源2としては一定の強度を有する連続光を射出するものを採用すればよい。
The number and spacing of the through holes 18a in the pinhole member 18 are set according to the number of illumination lights L1 and L2 and the distance between the focal positions.
In this case, the light source 2 may be one that emits continuous light having a constant intensity.

また、光分岐部7としてビームスプリッタを採用したが、偏光ビームスプリッタを採用してもよい。また、合波部11としてビームスプリッタを採用したが、偏光ビームスプリッタあるいは、図5Aに示されるように三角プリズム19とミラー20a,20bとの組み合わせを採用してもよい。この場合に、矢印Bの方向に三角プリズム19とミラー20a,20bとを相対移動させると、照明光L1,L2のX方向における間隔を変更することができる。 Although the beam splitter is used as the light branching unit 7, a polarized beam splitter may be used. Although the beam splitter is used as the multiplexing unit 11, a polarization beam splitter or a combination of the triangular prism 19 and the mirrors 20a and 20b may be used as shown in FIG. 5A. In this case, if the triangular prism 19 and the mirrors 20a and 20b are moved relative to each other in the direction of the arrow B, the distance between the illumination lights L1 and L2 in the X direction can be changed.

また、結像レンズ9a,9bと瞳投影レンズ13との間で合波することに代えて、図6に示されるように結像レンズ9よりも光源2側において合波して、結像レンズ9を共通化してもよい。また、他の任意の方法により分岐および合波を行うことにしてもよい。 Further, instead of combining the light between the imaging lenses 9a and 9b and the pupil projection lens 13, as shown in FIG. 9 may be shared. Further, branching and multiplexing may be performed by any other method.

また、ミラー10aを固定して一次結像位置のシフト量を固定したが、これに代えて、ミラー10aを図7に示す矢印Cの方向に移動させることにより、一次結像位置のシフト量を調節可能にしてもよい。
また、変調器として電気光学変調器8を例示したが、これに代えて音響光学変調器等の変調器を採用してもよい。
Further, while the mirror 10a is fixed and the shift amount of the primary image formation position is fixed, the shift amount of the primary image formation position is changed by moving the mirror 10a in the direction of arrow C shown in FIG. It may be adjustable.
Although the electro-optic modulator 8 is illustrated as the modulator, a modulator such as an acousto-optic modulator may be used instead of the electro-optic modulator 8.

また、図5Bに示されるように、三角プリズム19とミラー20a,20bとの組み合わせに加えて照明光L1の光線高さを変化させるために、光路中に照明光L1,L2のY方向における間隔を可変可能な一対のミラー37a,37bを導入してもよい。これにより、ミラー37a,37b間の間隔を狭めるまたは広げることによって、光軸に垂直な面においてY方向(隣り合うビームに対して垂直方向)にビームを移動することができる。
また、レンズ9a,9bを光軸に沿う方向に移動可能に設け、光軸に沿ってレンズ9a,9bを移動させることにより、試料Aにおける各集光点のZ方向位置を調整するようにしてもよい。
Further, as shown in FIG. 5B, in addition to the combination of the triangular prism 19 and the mirrors 20a and 20b, in order to change the ray height of the illumination light L1, the spacing between the illumination lights L1 and L2 in the Y direction is set in the optical path. It is also possible to introduce a pair of mirrors 37a and 37b that can change the distance. Thereby, by narrowing or widening the interval between the mirrors 37a and 37b, the beam can be moved in the Y direction (the direction perpendicular to the adjacent beams) on the plane perpendicular to the optical axis.
Further, the lenses 9a and 9b are provided so as to be movable in the direction along the optical axis, and the lenses 9a and 9b are moved along the optical axis to adjust the Z direction position of each condensing point in the sample A. Good.

このようにすることにより、光軸に対して垂直なXY方向への移動および光軸に沿うZ方向への移動を組み合わせることにより、各々の焦点を任意位置に配置することができる。これにより、離れた任意ボリュームのイメージングを時間的同時性を有して行うことができる。その結果、脳の機能解明等において、複数領域の同時イメージングを用いて、異なる機能を持つ領域の相互作用を明らかにすることができる。 By doing so, by combining the movement in the XY direction perpendicular to the optical axis and the movement in the Z direction along the optical axis, it is possible to arrange the respective focal points at arbitrary positions. As a result, it is possible to perform imaging of distant arbitrary volumes with temporal synchronism. As a result, in the elucidation of the function of the brain, it is possible to clarify the interaction of regions having different functions by using simultaneous imaging of multiple regions.

また、本実施形態においては、光源2からの光を2つに分岐したが、これに代えて、3以上に分岐することにしてもよい。到着パルス数は復調に使用するベクトル空間の次元と同じと考えることができるので、照明光の多重化は、露光時間中の到着パルス数と同数だけ行うことができる。これによりさらなる高速化を図ることができる。 Further, in the present embodiment, the light from the light source 2 is branched into two, but instead of this, it may be branched into three or more. Since the arrival pulse number can be considered to be the same as the dimension of the vector space used for demodulation, the illumination light can be multiplexed by the same number as the arrival pulse number during the exposure time. This makes it possible to further increase the speed.

図8に3つの光路に分岐する場合について例示する。
3つの光路への分岐は、光源2からの光を照明光L1,L2の光路と照明光L3の光路とに分岐するビームスプリッタ7aと、ビームスプリッタ7aの下流側に配置され、分岐された照明光L1,L2の光路を照明光L1の光路と照明光L2の光路とにさらに分岐するビームスプリッタ7bとによりなされる。3つの光路には、結像レンズ9a,9b,9cがそれぞれ配置されている。
1つの光路には電気光学変調器8がなく、他の2つの光路には、相互に直交する変調パターンの照明光(変調照明光)L1,L2を生成する電気光学変調器(変調器)8a,8bをそれぞれ配置している。
FIG. 8 illustrates a case of branching into three optical paths.
The branch to the three optical paths is a beam splitter 7a for branching the light from the light source 2 into the optical paths of the illumination lights L1 and L2 and the optical path of the illumination light L3, and the branched splitter arranged downstream of the beam splitter 7a. The beam splitter 7b further divides the optical paths of the lights L1 and L2 into the optical path of the illumination light L1 and the optical path of the illumination light L2. Imaging lenses 9a, 9b, and 9c are arranged in the three optical paths, respectively.
There is no electro-optical modulator 8 in one optical path, and electro-optical modulators (modulators) 8a that generate illumination light (modulated illumination light) L1 and L2 having mutually orthogonal modulation patterns in the other two optical paths. , 8b are arranged respectively.

具体的には、図9Aおよび図9Dに示すように、一方の電気光学変調器8aに対応する変調信号および変調パターンの復調信号code1=(−1,1,−1,1)、図9Bおよび図9Eに示すように、他方の電気光学変調器8bに対応する変調信号および変調パターンの復調信号code2=(1,−1,−1,1)、図9Cおよび図9Fに示すように、電気光学変調器8a,8bによる変調をうけていない変調信号および変調パターンの復調信号code3=(1,1,1,1)とする。
照明光L1のパルス一つに対応する蛍光信号をα、照明光L2のパルス一つに対応する蛍光信号をβ、照明光L3のパルス一つに対応する蛍光信号をγとする。
Specifically, as shown in FIGS. 9A and 9D, the modulation signal corresponding to one electro-optical modulator 8a and the demodulation signal of the modulation pattern code1=(-1,1,-1,1,1), FIG. 9B and As shown in FIG. 9E, the modulation signal corresponding to the other electro-optical modulator 8b and the demodulation signal of the modulation pattern code2=(1,-1,-1,1), as shown in FIGS. 9C and 9F, It is assumed that the modulation signal that has not been modulated by the optical modulators 8a and 8b and the demodulation signal of the modulation pattern code3=(1,1,1,1).
The fluorescence signal corresponding to one pulse of the illumination light L1 is α, the fluorescence signal corresponding to one pulse of the illumination light L2 is β, and the fluorescence signal corresponding to one pulse of the illumination light L3 is γ.

また、露光時間をパルス4つ分とすると、照明光L1に対応する露光時間中の蛍光信号の時系列データD1は(0,α,0,α)となる。そして、照明光L2に対応する露光時間中の蛍光信号の時系列データD2は(β,0,0,β)となり、照明光L3に対応する露光時間中の蛍光信号の時系列データD3は(γ,γ,γ,γ)となる。そのため合成蛍光信号の時系列データDはD=D1+D2+D3=(β+γ,α+γ,γ,α+β+γ)となる。 Further, when the exposure time is four pulses, the time series data D1 of the fluorescence signal during the exposure time corresponding to the illumination light L1 becomes (0, α, 0, α). Then, the time series data D2 of the fluorescence signal during the exposure time corresponding to the illumination light L2 becomes (β, 0, 0, β), and the time series data D3 of the fluorescence signal during the exposure time corresponding to the illumination light L3 becomes ( γ, γ, γ, γ). Therefore, the time series data D of the synthetic fluorescence signal is D=D1+D2+D3=(β+γ, α+γ, γ, α+β+γ).

合成蛍光信号の時系列データDとcode1との内積を取るとD1の積分値に相当する2α、合成蛍光信号の時系列データDとcode2との内積を取るとD2の積分値に相当する2βを算出することができる。さらに合成蛍光信号の時系列データDとcode3との内積が合成蛍光信号の積分値2α+2β+4γとなり、これに対して先に求めた照明光L1に対応する蛍光信号強度2αと照明光L2に対応する蛍光信号強度2βを減算することにより、照明光L3に対応する蛍光信号4γを得ることができる。 When the inner product of the time series data D of the synthetic fluorescence signal and code1 is taken, it is 2α which corresponds to the integral value of D1, and when the inner product of the time series data D of the synthetic fluorescence signal and code2 is taken, it is 2β which corresponds to the integral value of D2. It can be calculated. Further, the inner product of the time series data D of the combined fluorescence signal and code3 becomes the integrated value 2α+2β+4γ of the combined fluorescence signal, on the other hand, the fluorescence signal intensity 2α corresponding to the previously obtained illumination light L1 and the fluorescence corresponding to the illumination light L2. By subtracting the signal intensity 2β, the fluorescence signal 4γ corresponding to the illumination light L3 can be obtained.

検出された合成蛍光の強度に変調に同期した復調信号code1を乗算して積分することにより、第1の変調パターンの照明光L1に対応する蛍光を復調することができる。また、検出された合成蛍光の強度に変調にタイミング同期した復調信号code2を乗算して積分することにより、第2の変調パターンの照明光L2に対応する蛍光を復調することができる。そして、検出された合成蛍光の強度の積分値から第1,第2の変調パターンに対応する蛍光をそれぞれ減算することにより、変調を受けていないパターンの照明光L3に対応する蛍光を復調することができる。 Fluorescence corresponding to the illumination light L1 of the first modulation pattern can be demodulated by multiplying the intensity of the detected synthetic fluorescence by the demodulation signal code1 synchronized with the modulation and integrating. Further, by multiplying the intensity of the detected synthetic fluorescence by the demodulation signal code2 timing-synchronized with the modulation and integrating, the fluorescence corresponding to the illumination light L2 of the second modulation pattern can be demodulated. Then, the fluorescence corresponding to the illumination light L3 of the pattern that is not modulated is demodulated by subtracting the fluorescence corresponding to the first and second modulation patterns from the integrated value of the intensity of the detected combined fluorescence. You can

2つの変調パターンの照明光L1,L2の合波、および合波された変調パターンの照明光L1,L2と変調を受けていないパターンの照明光L3との合波は、それぞれミラー21a,21bと三角プリズム22との組み合わせにより行うことにしている。これにより、3以上の照明光L1,L2,L3を効率よく合波することができる。この場合、ミラー21a,21bと三角プリズム22との矢印D方向への相対移動により、照明光L1,L2,L3の間隔を変更することができる。 The combination of the illumination lights L1 and L2 having the two modulation patterns, and the combination of the illumination lights L1 and L2 having the combined modulation pattern and the illumination light L3 having the unmodulated pattern are reflected by the mirrors 21a and 21b, respectively. It is supposed to be performed in combination with the triangular prism 22. This makes it possible to efficiently combine the three or more illumination lights L1, L2, and L3. In this case, the relative movement of the mirrors 21a and 21b and the triangular prism 22 in the direction of the arrow D can change the distance between the illumination lights L1, L2, and L3.

また、3つの光路に分岐する場合において、照明光L1,L2に対応する復調Codeが相互に直交する変調パターンのものを説明したが、これに限られるものではなく、照明光L1,L2に対応する復調Codeが相互に直交しない変調パターンのものを採用してもよい。 Further, when the light is branched into three optical paths, the demodulation code corresponding to the illumination lights L1 and L2 has a modulation pattern in which the demodulation codes are orthogonal to each other. However, the present invention is not limited to this and corresponds to the illumination lights L1 and L2. A demodulation code having a modulation pattern that is not orthogonal to each other may be used.

具体的には、一方の電気光学変調器8aに対応する変調パターンの復調信号code1=(1,0,0,−1)、他方の電気光学変調器8bに対応する変調パターンの復調信号code2=(0,1,0,−1)、電気光学変調器8a,8bによる変調を受けていないパターンの復調信号code3=(1,1,1,1)とする。この場合、0に対応する光変調はOFFである。
照明光L1のパルス一つに対応する蛍光信号をα、照明光L2のパルス一つに対応する蛍光信号をβ、照明光L3のパルス一つに対応する蛍光信号をγとする。
Specifically, the demodulation signal code1=(1,0,0,−1) of the modulation pattern corresponding to one electro-optic modulator 8a, and the demodulation signal code2=of the modulation pattern corresponding to the other electro-optic modulator 8b. (0,1,0,-1), demodulation signal code3=(1,1,1,1) having a pattern that is not modulated by the electro-optic modulators 8a and 8b. In this case, the light modulation corresponding to 0 is OFF.
The fluorescence signal corresponding to one pulse of the illumination light L1 is α, the fluorescence signal corresponding to one pulse of the illumination light L2 is β, and the fluorescence signal corresponding to one pulse of the illumination light L3 is γ.

また、露光時間をパルス4つ分とすると、照明光L1に対応する露光時間中の蛍光信号の時系列データD1は(α,0,0,0)となる。そして、照明光L2に対応する露光時間中の蛍光信号の時系列データD2は(0,β,0,0)となり、照明光L3に対応する露光時間中の蛍光信号の時系列データD3は(γ,γ,γ,γ)となる。そのため合成蛍光信号の時系列データDはD=D1+D2+D3=(α+γ,β+γ,γ,γ)となる。 Further, when the exposure time is four pulses, the time series data D1 of the fluorescence signal during the exposure time corresponding to the illumination light L1 becomes (α,0,0,0). Then, the time series data D2 of the fluorescence signal during the exposure time corresponding to the illumination light L2 becomes (0, β, 0, 0), and the time series data D3 of the fluorescence signal during the exposure time corresponding to the illumination light L3 becomes ( γ, γ, γ, γ). Therefore, the time series data D of the synthetic fluorescence signal is D=D1+D2+D3=(α+γ, β+γ, γ, γ).

合成蛍光信号の時系列データDとcode1との内積を取るとD1の積分値に相当するα、合成蛍光信号の時系列データDとcode2との内積を取るとD2の積分値に相当するβを算出することができる。さらに合成蛍光信号の時系列データDとcode3との内積が合成蛍光信号の積分値α+β+4γとなり、これに対して先に求めた照明光L1に対応する蛍光信号強度αと照明光L2に対応する蛍光信号強度βを減算することにより、照明光L3に対応する蛍光信号4γを得ることができる。 When the inner product of the time series data D of the synthetic fluorescence signal and code1 is taken, α corresponding to the integrated value of D1 is obtained, and when the inner product of the time series data D of the synthetic fluorescence signal and code2 is taken, β corresponding to the integrated value of D2 is obtained. It can be calculated. Further, the inner product of the time series data D of the combined fluorescence signal and code3 becomes the integrated value α+β+4γ of the combined fluorescence signal, on the other hand, the fluorescence signal intensity α corresponding to the previously obtained illumination light L1 and the fluorescence corresponding to the illumination light L2. By subtracting the signal intensity β, the fluorescence signal 4γ corresponding to the illumination light L3 can be obtained.

また、本実施形態においては、電気光学変調器8に代えて、共振電気光学変調器(図示略)を採用してもよい。共振電気光学変調器によれば、低電圧で駆動できるため、電力増幅器が不要のためコストを低く抑えることができるという利点がある。共振電気光学変調器の共振周期を繰り返し周期と同じにすることにより、露光時間中で任意のパターンを作り出すことができる。 Further, in the present embodiment, a resonant electro-optic modulator (not shown) may be adopted instead of the electro-optic modulator 8. Since the resonant electro-optic modulator can be driven at a low voltage, there is an advantage that the power amplifier is unnecessary and the cost can be kept low. By making the resonance cycle of the resonance electro-optic modulator the same as the repetition cycle, an arbitrary pattern can be created during the exposure time.

また、電気光学変調器8によって一方の光路の光の強度を変調することとしたが、これに代えて、図10に示されるように、音響光学偏向素子23と、レンズ24と、プリズム25と、ミラー26a,26bと、ビームスプリッタ27とを組み合わせて周波数の異なる光の干渉によるビート周波数に変調することにしてもよい。 Further, the intensity of the light on one optical path is modulated by the electro-optic modulator 8, but instead of this, as shown in FIG. 10, an acousto-optic deflecting element 23, a lens 24, and a prism 25 are provided. Alternatively, the mirrors 26a and 26b and the beam splitter 27 may be combined to modulate to a beat frequency due to interference of light having different frequencies.

例えば、図10に示される例では、音響光学偏向素子23によって、周波数変調しない光(光源周波数YMHzの変調を受けていないパターン)L1、周波数XMHzに周波数変調した光(第1の変調パターン)L2a、周波数X+40MHzに周波数変調した光(第2の変調パターン)L2bを生成する。生成された第1,第2の変調パターンの光L2a,L2bは、レンズ24、プリズム25、およびミラー26a,26bを経由して同一光路長の異なる光路を導かれた後にビームスプリッタ27で合波されることにより干渉によって両者の差分周波数(40MHz)の照明光L2となる。ミラー26aは、光路長を調整するために矢印Eの方向に移動可能に設けられている。 For example, in the example shown in FIG. 10, the light that is not frequency-modulated (pattern that is not modulated at the light source frequency YMHz) L1 and the light that is frequency-modulated to the frequency XMHz (first modulation pattern) L2a by the acousto-optic deflection element 23. , Light (second modulation pattern) L2b frequency-modulated to the frequency X+40 MHz is generated. The generated lights L2a and L2b having the first and second modulation patterns are combined by the beam splitter 27 after being guided through the lens 24, the prism 25, and the mirrors 26a and 26b through different optical paths. Due to the interference, the illumination light L2 having a difference frequency (40 MHz) between the two is generated. The mirror 26a is provided so as to be movable in the direction of arrow E in order to adjust the optical path length.

これにより、周波数YMHzの変調を受けていないパターンの照明光L1と、周波数40MHzの変調パターンの照明光L2とを試料Aの異なる位置に照射することができる。
この場合に、信号制御部12は、音響光学偏向素子23のドライバ28を制御して、2つの変調パターンの光L2a,L2bの周波数を任意に調節することができ、周波数に応じて射出方向が異なることを利用して試料Aにおける照明光L2の照射位置を音響光学偏向素子23の電気的な制御によって任意に調節することができる。
This makes it possible to irradiate different positions on the sample A with the illumination light L1 of the pattern that is not modulated at the frequency YMHz and the illumination light L2 of the modulation pattern at the frequency 40MHz.
In this case, the signal control unit 12 can control the driver 28 of the acousto-optic deflection element 23 to arbitrarily adjust the frequencies of the lights L2a and L2b of the two modulation patterns, and the emission direction can be changed according to the frequency. By utilizing the difference, the irradiation position of the illumination light L2 on the sample A can be arbitrarily adjusted by the electrical control of the acousto-optic deflection element 23.

また、図11に示されるように3種類の変調パターンの照明光L1,L2,L3と、変調を受けていないパターンの照明光L4の合計4つを試料Aに同時に照射することにしてもよい。
例えば、図11に示される例では、2組の音響光学偏向素子23a,23b、レンズ24a,24b、プリズム25a,25b、ミラー26およびビームスプリッタ27a,27bを利用している。
Further, as shown in FIG. 11, it is possible to irradiate the sample A with illumination light L1, L2, L3 having three types of modulation patterns and illumination light L4 having a pattern that has not been modulated in total at the same time. ..
For example, in the example shown in FIG. 11, two sets of acousto-optic deflection elements 23a and 23b, lenses 24a and 24b, prisms 25a and 25b, a mirror 26, and beam splitters 27a and 27b are used.

一方の音響光学偏向素子23aには、光源2からの光の内、一偏光方向、例えば、P偏光の光が入射される。この音響光学偏向素子23aは、入射された光を、XMHz,YMHz,X+20MHz,Y+20MHzの4つの光に分岐する。分岐された光は、それぞれ、レンズ24a、プリズム25a、ミラー26を経由することにより、XMHzの光とX+20MHzの光、YHMzの光とY+20MHzの光がそれぞれビームスプリッタ27aで合波されることによって干渉させられる。これにより、ビート周波数20MHzの2つの照明光L1,L2が生成される。2つの照明光L1,L2は、音響光学偏向素子23aのドライバ28に入力する駆動電圧波形の位相を調整することでビート周波数上での位相が90°ずれるようにしている。これにより相互に直交するパターン作成することができる Of the light from the light source 2, one polarization direction, for example, P-polarized light, is incident on the one acousto-optic deflecting element 23a. The acousto-optic deflector 23a splits the incident light into four lights of XMHz, YMHz, X+20MHz and Y+20MHz. The branched light passes through the lens 24a, the prism 25a, and the mirror 26, respectively, and the XMHz light and the X+20MHz light, the YHMz light and the Y+20MHz light are multiplexed by the beam splitter 27a, respectively, and interfere with each other. To be made. Thereby, two illumination lights L1 and L2 having a beat frequency of 20 MHz are generated. The two illumination lights L1 and L2 are adjusted in phase by 90° on the beat frequency by adjusting the phase of the drive voltage waveform input to the driver 28 of the acousto-optic deflection element 23a. This makes it possible to create patterns that are orthogonal to each other.

他方の音響光学偏向素子23bは、光源2からの光の内、他の偏光方向、例えば、S偏光の光が入射される。この音響光学偏向素子23bは、入射された光を、Ω=80MHz,Z+40MHz,ZMHzの3つの光に分岐する。分岐された光は、それぞれ、レンズ24b、プリズム25b、ミラー26を経由することにより、Z+40MHzの光とZMHzの光とがビームスプリッタ27bで合波されることによって干渉させられる。これにより、ビート周波数40MHzの照明光L3が生成される。ΩMHzの光は、レンズ24b、プリズム25b、ミラー26を経由してそのままビームスプリッタ27bに導かれ、変調を受けていないパターンの照明光L4となる。 The other acousto-optic deflecting element 23b receives light of another polarization direction, for example, S-polarized light, of the light from the light source 2. The acousto-optic deflecting element 23b splits the incident light into three lights of Ω=80 MHz, Z+40 MHz and ZMHz. The branched lights pass through the lens 24b, the prism 25b, and the mirror 26, respectively, and are caused to interfere with each other by the Z+40 MHz light and the Z MHz light being combined by the beam splitter 27b. As a result, the illumination light L3 having the beat frequency of 40 MHz is generated. The light of Ω MHz is guided to the beam splitter 27b as it is through the lens 24b, the prism 25b, and the mirror 26, and becomes the illumination light L4 of the pattern which is not modulated.

これら4つの照明光L1からL4は、ミラー36を経由して偏光ビームスプリッタ29により合波され、試料Aの異なる位置に照射される。
このようにすることで、4つの照明光L1からL4を多重化して試料Aに照射し、さらにフレームレートを向上することができるという利点がある。
These four illumination lights L1 to L4 are combined by the polarization beam splitter 29 via the mirror 36, and irradiated on different positions of the sample A.
By doing so, there is an advantage that the four illumination lights L1 to L4 are multiplexed and applied to the sample A, and the frame rate can be further improved.

また、図12に示されるように、電気光学変調器8により50%デューティで変調する際に、電気光学素子内の偏光素子により遮断された光を利用して多重化することにしてもよい。
すなわち、電気光学変調器8からは、位相が反転した2つの照明光L1,L2が射出されるので、一方の照明光L2の光路長を調節してレーザ光の発振周期の半分の時間遅延を与えることで、検出タイミングが異なる、照明光L1,L2を生成することができる。また、電気光学変調器8を有しない光路にビームスプリッタ30を配置して分岐し、分岐された光の光路長を調節してレーザ光の発振周期の半分の時間遅延を与えることで、検出タイミングが異なる照明光L3,L4を生成することができる。
Further, as shown in FIG. 12, when the electro-optic modulator 8 modulates with 50% duty, the light blocked by the polarization element in the electro-optic element may be used for multiplexing.
That is, since the two illumination lights L1 and L2 whose phases are inverted are emitted from the electro-optic modulator 8, the optical path length of one illumination light L2 is adjusted to reduce the time delay of half the oscillation period of the laser light. By giving the illumination light, the illumination lights L1 and L2 having different detection timings can be generated. Further, the beam splitter 30 is arranged in the optical path not having the electro-optical modulator 8 and branched, and the optical path length of the branched light is adjusted to give a time delay of half of the oscillation cycle of the laser light, thereby detecting timing. It is possible to generate illumination lights L3 and L4 different from each other.

具体的には、図13Aおよび図13Fに示されるように、光源2として周波数80MHzで、ピーク強度一定のパルスレーザ光を射出する光源2を想定する。
そして、電気光学変調器8により50%デューティに変調すると、図13Bおよび図13Gに示される40MHzでオンオフされる第1の照明光L1と、図13Cおよび図13Hに示される位相が反転した第2の照明光L2の2つの照明光L1,L2が生成される。
一方、電気光学変調器8を有しない光路を通過する光がビームスプリッタ30により分岐されることにより、図13D、図13E、図13Iおよび図13Jに示されるように、周波数80MHzでオンオフされる第3、第4の照明光L3,L4が生成される。
Specifically, as shown in FIGS. 13A and 13F, it is assumed that the light source 2 emits pulsed laser light having a constant peak intensity at a frequency of 80 MHz.
When the electro-optic modulator 8 modulates the duty to 50%, the first illumination light L1 that is turned on and off at 40 MHz shown in FIGS. 13B and 13G and the second phase-inverted second illumination light L1 shown in FIGS. 13C and 13H. The two illumination lights L1 and L2 of the illumination light L2 are generated.
On the other hand, the light passing through the optical path not having the electro-optic modulator 8 is branched by the beam splitter 30, so that the light is turned on and off at a frequency of 80 MHz as shown in FIGS. 13D, 13E, 13I and 13J. Third and fourth illumination lights L3 and L4 are generated.

そして、第2の照明光L2および第4の照明光L4については、レーザ光の発振周期12.5nsの半分の時間遅延6.25nsを与えるように光路長を調節することにより、図14Aから図14Hに示されるように、第1の照明光L1と第3の照明光L3のペアと、第2の照明光L2と第4の照明光L4のペアとは異なる時刻に試料Aに照射されるので、照明光L1,L3のペアまたは照明光L2,L4のペアに対応して発生する蛍光は時間的に分離することができる。各ペアを構成する2つの照明光L1,L3および照明光L2,L4は相互に一次独立の関係を有しているので、上記と同様にして復調することができる。 Then, for the second illumination light L2 and the fourth illumination light L4, by adjusting the optical path length so as to give a time delay of 6.25 ns, which is a half of the oscillation period of the laser light of 12.5 ns, FIG. 14H, the sample A is irradiated with the pair of the first illumination light L1 and the third illumination light L3 and the pair of the second illumination light L2 and the fourth illumination light L4 at different times. Therefore, the fluorescence generated corresponding to the pair of illumination lights L1 and L3 or the pair of illumination lights L2 and L4 can be temporally separated. Since the two illumination lights L1 and L3 and the illumination lights L2 and L4 forming each pair have a first-order independent relationship with each other, they can be demodulated in the same manner as above.

このようにすることで、照明光L1からL4の一次独立性と時間的な変調とを組み合わせて、より多くの多重化を行うことができ、さらにフレームレートを向上することができるという利点がある。電気光学変調部8において変調する際に弾かれた光も利用するので、エネルギーを効率よく利用することができるという利点もある。 By doing so, it is possible to combine the first-order independence of the illumination lights L1 to L4 and temporal modulation, perform more multiplexing, and further improve the frame rate. .. Since the light bounced at the time of modulation in the electro-optical modulator 8 is also used, there is an advantage that energy can be efficiently used.

さらに、図15に示されるように、図10に示される音響光学偏向素子23を用いた変調を行う画像取得装置1において、ビームスプリッタ27により合波する際に弾かれた光を遅延光路に導くことによって遅延させ、時間的に多重化することにしてもよい。図中、符号31はλ/2板、符号32はミラー、符号33はリレーレンズ、符号34は折り返しミラーである。ミラー32は、λ/2板31を通過してきた光の光路からは外れており、折り返しミラー34によって折り返された光のみを反射する位置に配置されている。 Further, as shown in FIG. 15, in the image acquisition device 1 for performing the modulation using the acousto-optic deflecting element 23 shown in FIG. 10, the light bounced when being combined by the beam splitter 27 is guided to the delay optical path. Therefore, it may be delayed and multiplexed in time. In the figure, reference numeral 31 is a λ/2 plate, reference numeral 32 is a mirror, reference numeral 33 is a relay lens, and reference numeral 34 is a folding mirror. The mirror 32 is located off the optical path of the light that has passed through the λ/2 plate 31, and is arranged at a position that reflects only the light that is reflected by the folding mirror 34.

図10と同様にして、ビームスプリッタ27において反射されたX+40MHzの光と、ビームスプリッタ27を透過したXMHzの光とが合波されることにより、40MHzの照明光L1となり、ビームスプリッタ27を透過したY=80MHzの照明光L2とともに、偏光ビームスプリッタ35において反射される。 Similarly to FIG. 10, the X+40 MHz light reflected by the beam splitter 27 and the X MHz light transmitted through the beam splitter 27 are combined to become illumination light L1 of 40 MHz, which is transmitted through the beam splitter 27. It is reflected by the polarization beam splitter 35 together with the illumination light L2 of Y=80 MHz.

ビームスプリッタ27において反射されずに透過したX+40MHzの光と、ビームスプリッタ27を透過せずに反射されたXMHzの光とが合波されることにより、40MHzの照明光L3となって遅延光路に入射される。遅延光路においては、λ/2板31によって偏光方向を変更され、リレーレンズ33および折り返しミラー34を経由して戻る途中でミラー32により偏向され、偏光ビームスプリッタ35を通過させられる。 The X+40 MHz light that has passed through the beam splitter 27 without being reflected and the X MHz light that has been reflected without passing through the beam splitter 27 are combined to become 40 MHz illumination light L3 and enter the delay optical path. To be done. In the delay optical path, the polarization direction is changed by the λ/2 plate 31, is deflected by the mirror 32 on the way through the relay lens 33 and the folding mirror 34, and is passed through the polarization beam splitter 35.

一方、ビームスプリッタ27を透過せずに反射されたY=80MHzの照明光L4は、遅延光路において、λ/2板31によって偏光方向を変更され、リレーレンズ33および折り返しミラー34を経由して戻る途中でミラー32により偏向され、偏光ビームスプリッタ35を通過させられる。 On the other hand, the illumination light L4 of Y=80 MHz reflected without passing through the beam splitter 27 has its polarization direction changed by the λ/2 plate 31 in the delay optical path and returns via the relay lens 33 and the folding mirror 34. It is deflected by the mirror 32 on the way and is passed through the polarization beam splitter 35.

これにより、相互に一次独立な40MHzの照明光L1と80MHzの照明光L2のペアおよび、相互に一次独立な40MHzの照明光L3と80MHzの照明光L4のペアが、時刻を異ならせて試料Aの異なる位置に照射される。これにより、照明光L1からL4の一次独立性と時間的な変調とを組み合わせて、より多くの多重化を行うことができ、さらにフレームレートを向上することができるという利点がある。ビームスプリッタ27において弾かれた光も利用するので、エネルギーを効率よく利用することができるという利点もある。 Thereby, the pair of the illumination light L1 of 40 MHz and the illumination light L2 of 80 MHz which are primary independent of each other, and the pair of the illumination light L3 of 40 MHz and the illumination light L4 of 80 MHz which are primary independent of each other at different times. Are irradiated at different positions. As a result, there is an advantage that the first-order independence of the illumination lights L1 to L4 and the temporal modulation can be combined to perform more multiplexing, and the frame rate can be further improved. Since the light reflected by the beam splitter 27 is also used, there is an advantage that energy can be efficiently used.

また、上記各実施形態においては、落射型の画像取得装置1について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図16に示されるように、相互に一次独立なパターンを有するシート状の照明光L1,L2を対物レンズ16の光軸に沿う方向に離間した位置に対物レンズ16の光軸に直交する方向から同時に入射させるライトシート顕微鏡40に適用してもよい。 Further, in each of the above-described embodiments, the epi-illumination type image acquisition device 1 has been described, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 16, sheet-like illumination lights L1 and L2 having mutually independent primary patterns are orthogonal to the optical axis of the objective lens 16 at positions separated in the direction along the optical axis of the objective lens 16. It may be applied to the light sheet microscope 40 in which the light beams are incident from the same direction.

図16に示す例では、カメラ41の1フレーム毎に一方の照明光L1,L2の強度を切り替えて対物レンズ16の光軸に沿う方向に離れた2つの平面内において走査することにより、照明光L1,L2を擬似的にシート状に生成している。各走査位置における試料Aからの光を顕微鏡レンズ42および結像レンズ43により集光し、カメラ41によって画像を複数枚、例えば、露光時間中に4つのパルスがくる場合に2多重を行う場合は,パルス到着毎に画像を4枚取得し、照明光L1,L2の一次独立性を利用して取得された画像を演算することにより、各照射位置に対応する2枚の蛍光画像を復調して取得することができる。これを用いれば同じ時間に異なる場所で起きている現象を同時に捉えることができる
なお、擬似的なシート状の照明光に代えて、シリンドリカルレンズを用いて生成されたシート状の照明光を採用してもよい。
In the example shown in FIG. 16, by switching the intensity of one of the illumination lights L1 and L2 for each frame of the camera 41 and scanning in two planes separated in the direction along the optical axis of the objective lens 16, the illumination light is illuminated. L1 and L2 are generated in a pseudo sheet form. When the light from the sample A at each scanning position is condensed by the microscope lens 42 and the imaging lens 43, and a plurality of images are obtained by the camera 41, for example, when two pulses are obtained during four exposures during the exposure time, , Four images are acquired for each pulse arrival, and two fluorescence images corresponding to each irradiation position are demodulated by calculating the images acquired by using the primary independence of the illumination lights L1 and L2. Can be obtained. By using this, it is possible to simultaneously capture the phenomena occurring at different places at the same time. Instead of the pseudo sheet-like illumination light, sheet-like illumination light generated using a cylindrical lens is adopted. May be.

1 画像取得装置
2 光源
3 照明光生成部
4 照明光学系
5 光検出部
6 復調部(信号光復調部)
7,7a,7b 第1ビームスプリッタ(光分岐部)
8,8a,8b 電気光学変調器(変調器)
S1 照明光生成ステップ
S2 照射ステップ
S3 光検出ステップ
S4 蛍光復調ステップ(信号光復調ステップ)
L1,L2,L2a,L2b,L3,L4 照明光の主光線
A 試料
1 Image Acquisition Device 2 Light Source 3 Illumination Light Generation Section 4 Illumination Optical System 5 Photo Detection Section 6 Demodulation Section (Signal Light Demodulation Section)
7, 7a, 7b First beam splitter (optical branching unit)
8,8a,8b Electro-optical modulator (modulator)
S1 illumination light generation step S2 irradiation step S3 light detection step S4 fluorescence demodulation step (signal light demodulation step)
L1, L2, L2a, L2b, L3, L4 Principal ray of illumination light A sample

Claims (7)

複数の領域を同時に照明しながら、各々の照明領域に対応する局所信号を分離して取得する画像取得装置であって、
光源から射出された光の強度を変調し相互に一次独立なパターンを有し、変調された変調照明光と変調されていない非変調照明光とを含む複数の照明光を生成する照明光生成部と、
該照明光生成部により生成された複数の前記照明光を試料の異なる位置に照射する照明光学系と、
該照明光学系により前記照明光が照射された複数の照射位置において発生した信号光が合成された合成信号光を検出して合成信号を出力する光検出部と、
該光検出部により出力された前記合成信号から、前記変調照明光に対応した復調信号と前記合成信号との積の時間積分を用いて前記変調照明光に対応する変調局所信号を分離し、前記合成信号の時間積分から前記変調局所信号の総和を差分して前記非変調照明光に対応する非変調局所信号を分離する復調部とを備える画像取得装置。
While simultaneously illuminating a plurality of regions, an image acquisition device that separates and acquires a local signal corresponding to each illumination region,
An illumination light generation unit that modulates the intensity of light emitted from a light source and has a pattern that is linearly independent of each other, and that generates a plurality of illumination lights including modulated illumination light and unmodulated illumination light that is not modulated. When,
An illumination optical system that irradiates different positions of a sample with the plurality of illumination lights generated by the illumination light generation unit,
A photodetector that detects a combined signal light obtained by combining signal lights generated at a plurality of irradiation positions irradiated with the illumination light by the illumination optical system and outputs a combined signal;
A modulated local signal corresponding to the modulated illumination light is separated from the combined signal output by the photodetector using time integration of a product of a demodulation signal corresponding to the modulated illumination light and the combined signal, An image acquisition apparatus comprising: a demodulation unit that separates a non-modulated local signal corresponding to the non-modulated illumination light by subtracting a sum of the modulated local signals from a time integration of a combined signal.
前記変調照明光に対応しない前記復調信号と前記変調照明光に対応しない前記変調局所信号および前記非変調局所信号との積の時間積分がゼロである請求項1に記載の画像取得装置。 The image acquisition device according to claim 1, wherein a time integral of a product of the demodulated signal that does not correspond to the modulated illumination light and the modulated local signal and the non-modulated local signal that does not correspond to the modulated illumination light is zero. 前記非変調照明光に対応する前記復調信号と前記合成信号との積の時間積分が前記合成信号の時間積分である請求項2に記載の画像取得装置。 The image acquisition apparatus according to claim 2, wherein the time integration of a product of the demodulated signal corresponding to the unmodulated illumination light and the combined signal is time integration of the combined signal. 前記照明光生成部が生成した複数の前記照明光の少なくとも一つの光路に光の強度を変調する変調器を備える請求項1から請求項3のいずれかに記載の画像取得装置。 The image acquisition device according to claim 1, further comprising a modulator that modulates the intensity of light in at least one optical path of the plurality of illumination lights generated by the illumination light generator. 前記変調器を2以上備え、
各該変調器が、相互に直交する前記復調信号を有する前記変調照明光をそれぞれ生成する請求項4に記載の画像取得装置。
Two or more modulators are provided,
The image acquisition device according to claim 4, wherein each of the modulators respectively generates the modulated illumination light having the demodulated signals that are orthogonal to each other.
複数の前記照射位置を前記試料中の任意位置に配置する機能を有する請求項1から請求項3のいずれかに記載の画像取得装置。 The image acquisition device according to claim 1, which has a function of arranging a plurality of the irradiation positions at arbitrary positions in the sample. 光源から射出された光の強度を変調し相互に一次独立なパターンを有し、変調された変調照明光と変調されていない非変調照明光とを含む複数の照明光を生成する照明光生成ステップと、
該照明光生成ステップにより生成された複数の前記照明光を試料の異なる位置に照射する照射ステップと、
該照射ステップにより前記照明光が照射された複数の照射位置において発生した信号光が合成された合成信号光を検出して合成信号を出力する光検出ステップと、
該光検出ステップにより出力された前記合成信号から、前記変調照明光に対応した復調信号と前記合成信号との積の時間積分を用いて前記変調照明光に対応する変調局所信号を分離し、前記合成信号の時間積分から前記変調局所信号の総和を差分して前記非変調照明光に対応する非変調局所信号を分離する信号光復調ステップとを含む画像取得方法。
An illumination light generation step of modulating the intensity of light emitted from a light source to generate a plurality of illumination lights having a primary independent pattern with respect to each other and including a modulated illumination light that is modulated and an unmodulated illumination light that is not modulated. When,
An irradiation step of irradiating different positions of a sample with the plurality of illumination lights generated by the illumination light generation step;
A light detection step of detecting a combined signal light obtained by combining the signal lights generated at a plurality of irradiation positions irradiated with the illumination light by the irradiation step and outputting a combined signal;
A modulated local signal corresponding to the modulated illumination light is separated from the combined signal output by the light detection step using time integration of a product of a demodulated signal corresponding to the modulated illumination light and the combined signal, And a signal light demodulation step of separating a non-modulated local signal corresponding to the non-modulated illumination light by subtracting a sum of the modulated local signals from a time integration of a combined signal.
JP2017524774A 2015-06-23 2016-05-26 Image acquisition apparatus and image acquisition method Expired - Fee Related JP6720165B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562183227P 2015-06-23 2015-06-23
US62/183,227 2015-06-23
PCT/JP2016/065610 WO2016208322A1 (en) 2015-06-23 2016-05-26 Image acquisition device and method for acquiring image

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2016208322A1 JPWO2016208322A1 (en) 2018-04-19
JP6720165B2 true JP6720165B2 (en) 2020-07-08

Family

ID=57586319

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017524774A Expired - Fee Related JP6720165B2 (en) 2015-06-23 2016-05-26 Image acquisition apparatus and image acquisition method

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20180073976A1 (en)
JP (1) JP6720165B2 (en)
DE (1) DE112016002209T5 (en)
WO (1) WO2016208322A1 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109477785B (en) * 2016-09-13 2022-09-27 贝克顿·迪金森公司 Flow cytometer with optical equalization
FR3066862A1 (en) * 2017-05-23 2018-11-30 Centre National D'etudes Spatiales REMOTE SPECTROSCOPY DEVICE WITH COMPLEX LASER SOURCE AND ASSOCIATED DISTANCE SPECTROSCOPY METHOD
JP2023106642A (en) * 2020-06-10 2023-08-02 浜松ホトニクス株式会社 Observation device and observation method
US12320747B2 (en) * 2021-11-08 2025-06-03 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus and method for PCR diagnosis based on multi-wavelength light source and orthogonal code signals
JP7671233B2 (en) * 2021-11-29 2025-05-01 浜松ホトニクス株式会社 Observation device and observation method
KR102849392B1 (en) * 2023-03-21 2025-08-22 한국전자통신연구원 hyperspectral imaging device and operation method of the same

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4954452B2 (en) * 2004-07-06 2012-06-13 オリンパス株式会社 microscope
EP1907826B2 (en) * 2005-07-22 2020-11-25 Carl Zeiss MicroImaging GmbH Luminescence microscopy with enhanced resolution
EP2193356B1 (en) * 2007-08-29 2014-07-23 Eppendorf Ag Device and method for radiometric measurement of a plurality of samples
WO2011023593A1 (en) * 2009-08-24 2011-03-03 INSERM (Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale) Method of and apparatus for imaging a cellular sample
DE102011013613A1 (en) * 2010-10-01 2012-04-05 Carl Zeiss Microimaging Gmbh Microscope and microscopy method
JP2012208442A (en) * 2011-03-30 2012-10-25 Olympus Corp Scanning type microscope and scanning type microscope system

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016208322A1 (en) 2016-12-29
DE112016002209T5 (en) 2018-03-01
JPWO2016208322A1 (en) 2018-04-19
US20180073976A1 (en) 2018-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6720165B2 (en) Image acquisition apparatus and image acquisition method
US9356413B2 (en) Laser source apparatus and laser microscope
JP5958779B2 (en) Microscope and observation method
JP5623652B2 (en) Raman scattering measuring apparatus and stimulated Raman scattering detection method
US10209502B2 (en) Microscope and microscopy method
JP2011099986A (en) Laser microscope using phase-modulation-type spatial light modulator
JP5039583B2 (en) Observation device
JP2011191496A (en) Light source device and laser scanning type microscope device
JP2561160B2 (en) Scanning microscope
EP2960703A1 (en) Beam splitter device, scanning observation apparatus, laser scanning microscope, and laser scanning endoscope
CN108886567B (en) Imaging system and imaging method
WO2017094184A1 (en) Scanning microscope and microscope image acquisition method
US10942345B2 (en) Image acquisition method and image acquisition device
JP6803196B2 (en) Microscope device
JP6598437B2 (en) Optical pulse synchronizer and microscope system
US10261299B2 (en) Image-acquisition apparatus and image-acquisition method
WO2017175374A1 (en) Image acquisition device
JPWO2018084271A1 (en) Fluorescence observation device
JP2021013179A (en) Imaging device and ranging device
JP2016018978A (en) Optical pulse synchronizer, lighting system, optical microscope and synchronization method of optical pulse
KR101523173B1 (en) Off-axis hologram recording apparatus
KR102599457B1 (en) Microscopy apparatus for generating structured illumination and operating method thereof
KR101727832B1 (en) Super-resolution imaging apparatus using a heterodyne interference
JP2018091833A (en) Noise reduction device and detector having the same
JP5831782B2 (en) Microscope equipment

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190524

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200519

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200617

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6720165

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees